Nuklearna toplota zemlje. Nedostaci dobijanja geotermalne energije

Ova energija pripada alternativnim izvorima. Danas se sve češće spominju mogućnosti pribavljanja resursa koje nam planeta pruža. Možemo reći da živimo u eri mode za obnovljivu energiju. Stvara se mnogo tehničkih rješenja, planova, teorija u ovoj oblasti.

Duboko je u utrobi zemlje i ima svojstva obnavljanja, drugim riječima, beskrajan je. Klasični resursi, prema naučnicima, počinju da ponestaju, ponestaje nafte, uglja, gasa.

Geotermalna elektrana Nesjavellir, Island

Stoga se može postepeno pripremati za usvajanje novih alternativnih metoda proizvodnje energije. Ispod zemljine kore nalazi se moćno jezgro. Temperatura mu se kreće od 3000 do 6000 stepeni. Kretanje litosferskih ploča pokazuje njegovu ogromnu snagu. Manifestira se u obliku vulkanskog prskanja magme. U dubinama dolazi do radioaktivnog raspadanja, što ponekad izaziva takve prirodne katastrofe.

Magma obično zagrijava površinu, a da ne ide dalje od nje. Tako se dobijaju gejziri ili topli bazeni vode. Na taj način se fizički procesi mogu koristiti u prave svrhe za čovječanstvo.

Vrste geotermalnih izvora energije

Obično se dijeli na dvije vrste: hidrotermalnu i petrotermalnu energiju. Prvi nastaje zbog toplih izvora, a drugi tip je temperaturna razlika na površini iu dubini zemlje. Svojim riječima, hidrotermalni izvor se sastoji od pare i tople vode, dok je petrotermalni izvor skriven duboko pod zemljom.

Karta razvojnog potencijala geotermalne energije u svijetu

Za petrotermalnu energiju potrebno je izbušiti dvije bušotine, jednu napuniti vodom, nakon čega će doći do procesa uzletanja koji će izaći na površinu. Postoje tri klase geotermalnih područja:

• Geotermalna - nalazi se u blizini kontinentalnih ploča. Temperaturni gradijent preko 80C/km. Kao primjer, italijanska komuna Larderello. Postoji elektrana
• Polutermalno - temperatura 40 - 80 C/km. To su prirodni vodonosnici, koji se sastoje od zdrobljenih stijena. U nekim mjestima u Francuskoj zgrade se griju na ovaj način.
• Normalno - gradijent manji od 40 C/km. Zastupljenost takvih područja je najčešća

Odličan su izvor za konzumaciju. Oni su u stijeni, na određenoj dubini. Pogledajmo pobliže klasifikaciju:

• Epitermalna - temperatura od 50 do 90 s
• Mezotermno - 100 - 120 s
• Hipotermno - više od 200 s

Ove vrste se sastoje od različitog hemijskog sastava. Ovisno o tome, voda se može koristiti u različite svrhe. Na primjer, u proizvodnji električne energije, snabdijevanju toplinom (termalnim putem), sirovinskoj bazi.

Video: Geotermalna energija

Proces opskrbe toplinom

Temperatura vode je 50 -60 stepeni, što je optimalno za grijanje i toplovod stambenog prostora. Potreba za sistemima grijanja ovisi o geografskom položaju i klimatskim uvjetima. A ljudima su stalno potrebne potrebe za opskrbom toplom vodom. Za ovaj proces se grade GTS (geotermalne termalne stanice).

Ako se za klasičnu proizvodnju toplinske energije koristi kotlovnica koja troši kruto ili plinsko gorivo, onda se u ovoj proizvodnji koristi izvor gejzira. Tehnički proces je vrlo jednostavan, iste komunikacije, termalne rute i oprema. Dovoljno je izbušiti bunar, očistiti ga od plinova, zatim ga poslati u kotlovnicu s pumpama, gdje će se održavati temperaturni raspored, a zatim će ući u grijanje.

Glavna razlika je u tome što nema potrebe za korištenjem kotla na gorivo. Ovo značajno smanjuje troškove toplotne energije. Zimi, pretplatnici dobijaju toplotu i toplu vodu, a ljeti samo toplu vodu.

Proizvodnja energije

Vrući izvori, gejziri su glavne komponente u proizvodnji električne energije. Za to se koristi nekoliko shema, grade se posebne elektrane. GTS uređaj:

• Spremnik PTV-a
• Pumpa
• Gas separator
• Parni separator
• generirajuća turbina
• Kondenzator
• booster pump
• Rezervoar - hladnjak

Kao što vidite, glavni element kruga je parni pretvarač. To omogućava dobivanje pročišćene pare, jer sadrži kiseline koje uništavaju turbinsku opremu. U tehnološkom ciklusu moguće je koristiti mješovitu shemu, odnosno u proces su uključeni voda i para. Tečnost prolazi kroz čitavu fazu prečišćavanja od gasova, kao i od pare.

Kolo sa binarnim izvorom

Radna komponenta je tečnost sa niskom tačkom ključanja. Termalna voda također je uključena u proizvodnju električne energije i služi kao sekundarna sirovina.

Uz njegovu pomoć nastaje izvorna para niskog ključanja. GTS sa takvim ciklusom rada može biti potpuno automatizovan i ne zahteva prisustvo osoblja za održavanje. Jače stanice koriste shemu s dva kruga. Ova vrsta elektrane omogućava dostizanje snage od 10 MW. Dvostruka struktura:

• generator pare
• Turbina
• Kondenzator
• Ejektor
• Pumpa za napajanje
• Economizer
• Isparivač

Praktična upotreba

Ogromne rezerve izvora višestruko su veće od godišnje potrošnje energije. Ali samo mali dio koristi čovječanstvo. Izgradnja stanica datira iz 1916. godine. U Italiji je stvorena prva GeoTPP kapaciteta 7,5 MW. Industrija se aktivno razvija u zemljama kao što su: SAD, Island, Japan, Filipini, Italija.

U toku su aktivno istraživanje potencijalnih lokacija i pogodnije metode vađenja. Kapacitet proizvodnje raste iz godine u godinu. Ako uzmemo u obzir ekonomski pokazatelj, onda je trošak takve industrije jednak termoelektranama na ugalj. Island gotovo u potpunosti pokriva komunalni i stambeni fond sa GT izvorom. 80% domova koristi toplu vodu iz bunara za grijanje. Stručnjaci iz SAD tvrde da, uz pravilan razvoj, GeoTPP mogu proizvesti 30 puta više od godišnje potrošnje. Ako govorimo o potencijalu, onda će 39 zemalja svijeta moći u potpunosti da se osigura električnom energijom ako 100 posto iskoriste utrobu zemlje.

Doktor tehničkih nauka NA. Kunem se profesore,
Akademik Ruske akademije tehnoloških nauka, Moskva

Posljednjih decenija svijet razmišlja o pravcu efikasnijeg korištenja energije duboke topline Zemlje kako bi se djelimično zamijenili prirodni plin, nafta i ugalj. To će postati moguće ne samo u područjima s visokim geotermalnim parametrima, već iu bilo kojem dijelu svijeta kada se buše injekcione i proizvodne bušotine i stvaraju cirkulacijski sistemi između njih.

Povećano interesovanje za alternativne izvore energije u svijetu posljednjih decenija uzrokovano je iscrpljivanjem rezervi ugljikovodičnih goriva i potrebom rješavanja niza ekoloških problema. Objektivni faktori (zalihe fosilnih goriva i uranijuma, kao i promjene u okolišu uzrokovane tradicionalnom vatrom i nuklearnom energijom) omogućavaju nam da tvrdimo da je prelazak na nove metode i oblike proizvodnje energije neizbježan.

Svjetska ekonomija trenutno ide ka prelasku na racionalnu kombinaciju tradicionalnih i novih izvora energije. Toplina Zemlje zauzima jedno od prvih mjesta među njima.

Geotermalni energetski resursi se dijele na hidrogeološke i petrogeotermalne. Prvi od njih predstavljaju nosioci toplote (koji čine samo 1% ukupnih geotermalnih energetskih resursa) - podzemne vode, para i mešavine pare i vode. Drugi su geotermalna energija sadržana u vrućim stijenama.

Tehnologija fontane (samoizlivanje) koja se koristi u našoj zemlji i inostranstvu za vađenje prirodne pare i geotermalnih voda je jednostavna, ali neefikasna. Uz mali protok samoprotočnih bušotina, njihova proizvodnja topline može nadoknaditi troškove bušenja samo na maloj dubini geotermalnih rezervoara s visokim temperaturama u područjima termičkih anomalija. Vijek trajanja takvih bunara u mnogim zemljama ne doseže ni 10 godina.

Istovremeno, iskustvo potvrđuje da je u prisustvu plitkih kolektora prirodne pare izgradnja geotermalne elektrane najisplativija opcija za korištenje geotermalne energije. Rad takvih GeoTE je pokazao njihovu konkurentnost u odnosu na druge tipove elektrana. Stoga je korištenje rezervi geotermalnih voda i parnih hidrotermi u našoj zemlji na poluostrvu Kamčatka i na ostrvima Kurilskog lanca, u regionima Sjevernog Kavkaza, a moguće i u drugim područjima, svrsishodno i pravovremeno. Ali nalazišta pare su rijetkost, njene poznate i predviđene rezerve su male. Mnogo češći depoziti toplotne i električne vode nisu uvek locirani dovoljno blizu potrošača – objekta za snabdevanje toplotom. To isključuje mogućnost njihove efikasne upotrebe u velikim razmjerima.

Često se pitanja borbe protiv skaliranja razvijaju u složen problem. Korištenje geotermalnih, u pravilu, mineraliziranih izvora kao nosača topline dovodi do zarastanja zona bušotina sa formacijama željeznog oksida, kalcijevog karbonata i silikata. Osim toga, problemi erozije-korozije i skaliranja negativno utječu na rad opreme. Problem je, također, ispuštanje mineraliziranih i otpadnih voda koje sadrže toksične nečistoće. Stoga najjednostavnija tehnologija fontana ne može poslužiti kao osnova za široki razvoj geotermalnih resursa.

Prema preliminarnim procjenama na teritoriji Ruske Federacije, predviđene rezerve termalnih voda sa temperaturom od 40-250 °C, salinitetom od 35-200 g/l i dubinom do 3000 m iznose 21-22 miliona m3/dan, što je ekvivalentno sagorevanju 30-40 miliona tona vode. .t. u godini.

Predviđene rezerve parno-vazdušne mešavine sa temperaturom od 150-250 °C na poluostrvu Kamčatka i Kurilskim ostrvima iznose 500 hiljada m3/dan. i rezerve termalne vode sa temperaturom od 40-100°C - 150 hiljada m3 / dan.

Zalihe termalnih voda sa protokom od oko 8 miliona m3/dan, sa salinitetom do 10 g/l i temperaturom iznad 50 °C smatraju se glavnim prioritetom za razvoj.

Od mnogo većeg značaja za energetiku budućnosti je vađenje toplotne energije, praktično neiscrpnih petrogeotermalnih resursa. Ova geotermalna energija, zatvorena u čvrste vruće stijene, čini 99% ukupnih resursa podzemne toplinske energije. Na dubini do 4-6 km, masivi sa temperaturom od 300-400 °C mogu se naći samo u blizini srednjih komora nekih vulkana, ali su vruće stijene s temperaturom od 100-150 °C rasprostranjene gotovo posvuda na ove dubine, i sa temperaturom od 180-200 °C na prilično značajnom dijelu teritorije Rusije.

Milijardama godina nuklearni, gravitacijski i drugi procesi unutar Zemlje stvarali su i nastavljaju stvarati toplinsku energiju. Deo toga se zrači u svemir, a toplota se akumulira u dubinama, tj. toplotni sadržaj čvrste, tečne i gasovite faze zemaljske materije naziva se geotermalna energija.

Kontinuirano stvaranje unutarzemaljske topline kompenzira njene vanjske gubitke, služi kao izvor akumulacije geotermalne energije i određuje obnovljivi dio njenih resursa. Ukupno odvođenje toplote iz unutrašnjosti na površinu zemlje je tri puta veće od trenutnog kapaciteta elektrana u svijetu i procjenjuje se na 30 TW.

Međutim, jasno je da je obnovljivost bitna samo za ograničene prirodne resurse, a ukupan potencijal geotermalne energije je praktično neiscrpan, jer ga treba definirati kao ukupnu količinu topline koja je dostupna Zemlji.

Nije slučajno što se posljednjih decenija u svijetu razmišlja o pravcu efikasnijeg korištenja energije duboke topline Zemlje kako bi se djelimično zamijenili prirodni plin, nafta i ugalj. To će postati moguće ne samo u područjima s visokim geotermalnim parametrima, već iu bilo kojem dijelu svijeta kada se buše injekcione i proizvodne bušotine i stvaraju cirkulacijski sistemi između njih.

Naravno, uz nisku toplotnu provodljivost stena, za efikasan rad cirkulacionih sistema potrebno je imati ili stvoriti dovoljno razvijenu površinu razmene toplote u zoni odvođenja toplote. Takva površina se često nalazi u poroznim formacijama i zonama prirodnog otpora na lom, koje se često nalaze na gore navedenim dubinama, čija propusnost omogućava organiziranje prisilne filtracije rashladne tekućine uz efikasno izvlačenje energije stijena, kao i umjetno stvaranje ekstenzivne površine za razmjenu topline u niskopropusnim poroznim masivima hidrauličkim lomljenjem (vidi sliku).

Trenutno se hidrauličko frakturiranje koristi u industriji nafte i plina kao način povećanja propusnosti ležišta kako bi se poboljšao oporavak nafte u razvoju naftnih polja. Moderna tehnologija omogućava stvaranje uske, ali dugačke pukotine, ili kratke, ali široke. Poznati su primjeri hidrauličnih lomova sa lomovima dužine do 2-3 km.

Domaću ideju o vađenju glavnih geotermalnih resursa sadržanih u čvrstim stijenama izrazio je još 1914. godine K.E. Obruchev.

Godine 1963. u Parizu je stvoren prvi GCC za izdvajanje toplote iz poroznih stijena za grijanje i klimatizaciju u prostorijama kompleksa Broadcasting Chaos. Godine 1985. u Francuskoj su već radila 64 GCC-a sa ukupnim toplotnim kapacitetom od 450 MW, uz godišnju uštedu od približno 150.000 tona nafte. Iste godine stvoren je prvi takav GCC u SSSR-u u dolini Khankala u blizini grada Groznog.

Godine 1977., prema projektu Nacionalne laboratorije Los Alamos u SAD-u, počela su ispitivanja eksperimentalnog GCC-a sa hidrauličkim lomljenjem gotovo nepropusnog masiva na lokaciji Fenton Hill u državi Novi Meksiko. Hladna slatka voda ubrizgana kroz bušotinu (injektiranje) zagrijavana je zbog izmjene topline sa stijenskom masom (185 OC) u vertikalnoj pukotini površine 8000 m2, nastaloj hidrauličkim lomljenjem na dubini od 2,7 km. U drugoj bušotini (proizvodnji), takođe prelazeći ovu pukotinu, pregrijana voda je izašla na površinu u obliku parnog mlaza. Prilikom cirkulacije u zatvorenom krugu pod pritiskom, temperatura pregrijane vode na površini dostizala je 160-180 °C, a toplotna snaga sistema - 4-5 MW. Propuštanje rashladne tečnosti u okolni masiv iznosilo je oko 1% ukupnog protoka. Koncentracija mehaničkih i hemijskih nečistoća (do 0,2 g/l) odgovarala je uslovima sveže vode za piće. Hidraulični lom nije zahtijevao fiksiranje i držan je otvoren hidrostatskim pritiskom fluida. Slobodna konvekcija koja se razvijala u njemu je osigurala efektivno učešće u razmjeni toplote gotovo cijele površine izdanaka vruće stijenske mase.

Ekstrakcija podzemne toplotne energije iz vrućih nepropusnih stijena, zasnovana na metodama kosog bušenja i hidrauličkog frakturiranja koje su dugo ovladane i praktikovane u industriji nafte i plina, nije izazvalo seizmičku aktivnost niti bilo koje druge štetne efekte na okruženje.

Britanski naučnici su 1983. ponovili američko iskustvo stvarajući eksperimentalni GCC sa hidrauličkim lomljenjem granita u Carnwellu. Sličan posao je obavljen u Njemačkoj, Švedskoj. U SAD je implementirano više od 224 projekta geotermalnog grijanja. Pretpostavlja se, međutim, da geotermalni resursi mogu obezbijediti najveći dio budućih potreba SAD-a za neelektričnom toplinskom energijom. U Japanu je kapacitet GeoTPP 2000. godine dostigao približno 50 GW.

Trenutno se istraživanja i istraživanja geotermalnih resursa sprovode u 65 zemalja. U svijetu su na bazi geotermalne energije stvorene stanice ukupnog kapaciteta oko 10 GW. Ujedinjeni narodi aktivno podržavaju razvoj geotermalne energije.

Iskustvo akumulirano u mnogim zemljama svijeta u korištenju geotermalnih rashladnih tekućina pokazuje da su pod povoljnim uvjetima 2-5 puta isplativije od termo i nuklearnih elektrana. Proračuni pokazuju da jedna geotermalna bušotina može zamijeniti 158 hiljada tona uglja godišnje.

Stoga je toplina Zemlje možda jedini veliki obnovljivi izvor energije, čiji racionalni razvoj obećava smanjenje cijene energije u odnosu na modernu energetsku energiju. Sa jednako neiscrpnim energetskim potencijalom, solarne i termonuklearne instalacije, nažalost, bit će skuplje od postojećih goriva.

Uprkos veoma dugoj istoriji razvoja Zemljine toplote, geotermalna tehnologija danas još nije dostigla svoj visoki razvoj. Razvoj toplotne energije Zemlje doživljava velike poteškoće u izgradnji dubokih bunara, koji su kanal za dovođenje rashladnog sredstva na površinu. Zbog visoke temperature na dnu rupe (200-250 °C), tradicionalni alati za rezanje kamena nisu pogodni za rad u takvim uslovima, postoje posebni zahtevi za izbor cevi za bušenje i omotač, cementne suspenzije, tehnologije bušenja, omotača bunara i završetak. Domaća mjerna oprema, serijski operativni pribor i oprema se proizvode u izvedbi koja dozvoljava temperature ne veće od 150-200°C. Tradicionalno duboko mehaničko bušenje bunara ponekad se odlaže godinama i zahtijeva značajne finansijske troškove. U glavnim proizvodnim sredstvima trošak bunara je od 70 do 90%. Ovaj problem se može i treba riješiti samo stvaranjem progresivne tehnologije za razvoj glavnog dijela geotermalnih resursa, tj. vađenje energije iz vrućih stijena.

Naša grupa ruskih naučnika i specijalista se više od godinu dana bavi problemom vađenja i korišćenja neiscrpne, obnovljive duboke toplotne energije usijanih Zemljinih stena na teritoriji Ruske Federacije. Svrha rada je stvaranje, na bazi domaćih, visokih tehnologija, tehničkih sredstava za duboko prodiranje u utrobu zemljine kore. Trenutno je razvijeno nekoliko varijanti alata za bušenje (BS) koje nemaju analoga u svjetskoj praksi.

Rad prve verzije BS-a povezan je sa trenutnom konvencionalnom tehnologijom bušenja bunara. Brzina bušenja tvrdog kamena (prosječna gustina 2500-3300 kg/m3) do 30 m/h, prečnik rupe 200-500 mm. Druga varijanta BS izvodi bušenje bušotina u autonomnom i automatskom režimu. Lansiranje se vrši sa posebne platforme za lansiranje i prihvatanje, sa koje se kontroliše njegovo kretanje. Hiljadu metara BS u tvrdim stenama moći će da prođe za nekoliko sati. Prečnik bunara od 500 do 1000 mm. Višekratne BS varijante imaju veliku isplativost i ogromnu potencijalnu vrijednost. Uvođenjem BS u proizvodnju otvoriće se nova faza u izgradnji bunara i omogućiti pristup neiscrpnim izvorima toplotne energije Zemlje.

Za potrebe snabdijevanja toplotom, potrebna dubina bunara u cijeloj zemlji je u rasponu od 3-4,5 hiljada metara i ne prelazi 5-6 hiljada metara. Temperatura nosača toplote za stambeno-komunalno snabdijevanje toplinom ne prelazi ne prelazi 150 °C. Za industrijske objekte temperatura u pravilu ne prelazi 180-200 °C.

Svrha stvaranja GCC-a je osigurati stalnu, pristupačnu, jeftinu toplinu u udaljenim, teško dostupnim i nerazvijenim regijama Ruske Federacije. Trajanje rada GCS-a je 25-30 godina ili više. Period povrata stanica (uzimajući u obzir najnovije tehnologije bušenja) je 3-4 godine.

Stvaranje u Ruskoj Federaciji u narednim godinama odgovarajućih kapaciteta za korištenje geotermalne energije za neelektrične potrebe zamijenit će oko 600 miliona tona ekvivalentnog goriva. Uštede mogu biti do 2 triliona rubalja.

Do 2030. godine postaje moguće stvoriti energetske kapacitete za zamjenu energije požara do 30%, a do 2040. godine gotovo potpuno eliminirati organske sirovine kao gorivo iz energetskog bilansa Ruske Federacije.

Književnost

1. Goncharov S.A. Termodinamika. Moskva: MGTUim. N.E. Bauman, 2002. 440 str.

2. Dyadkin Yu.D. itd. Geotermalna termalna fizika. Sankt Peterburg: Nauka, 1993. 255 str.

3. Mineralna sirovinska baza gorivnog i energetskog kompleksa Rusije. Status i prognoza / V.K. Branchhugov, E.A. Gavrilov, V.S. Litvinjenko i dr., ur. V.Z. Garipova, E.A. Kozlovsky. M. 2004. 548 str.

4. Novikov G. P. i dr. Bušenje bunara za termalne vode. M.: Nedra, 1986. 229 str.

Za Rusiju, energija Zemljine toplote može postati stalan, pouzdan izvor obezbeđivanja jeftine i pristupačne električne i toplotne energije korišćenjem novih visokih, ekološki prihvatljivih tehnologija za njeno izdvajanje i snabdevanje potrošača. Ovo je posebno tačno u ovom trenutku

Ograničeni resursi fosilnih energetskih sirovina

Potražnja za organskim energetskim sirovinama velika je u industrijalizovanim zemljama i zemljama u razvoju (SAD, Japan, države ujedinjene Evrope, Kina, Indija itd.). Istovremeno, sopstveni resursi ugljovodonika u ovim zemljama su ili nedovoljni ili rezervisani, a zemlja, poput Sjedinjenih Država, kupuje energetske sirovine u inostranstvu ili razvija nalazišta u drugim zemljama.

U Rusiji, jednoj od energetski najbogatijih zemalja, ekonomske potrebe za energijom i dalje se zadovoljavaju mogućnostima korišćenja prirodnih resursa. Međutim, vađenje fosilnih ugljikovodika iz podzemlja odvija se vrlo brzo. Ako je 1940-1960-ih. Glavni regioni za proizvodnju nafte bili su "Drugi Baku" na Volgi i Cis-Uralu, zatim, počevši od 1970-ih, pa do danas, Zapadni Sibir je bio takvo područje. Ali čak i ovdje postoji značajan pad proizvodnje fosilnih ugljovodonika. Era "suvog" senomanskog gasa prolazi. Prethodna faza ekstenzivnog razvoja proizvodnje prirodnog gasa je završena. Njegovo vađenje iz divovskih ležišta kao što su Medvežje, Urengojskoje i Jamburgskoje iznosilo je 84, 65 i 50%, respektivno. Udio rezervi nafte pogodnih za razvoj također se smanjuje tokom vremena.

Zbog aktivne potrošnje ugljikovodičnih goriva, kopnene rezerve nafte i prirodnog plina značajno su smanjene. Sada su njihove glavne rezerve koncentrisane na kontinentalnom pojasu. I iako je sirovinska baza naftne i plinske industrije još uvijek dovoljna za proizvodnju nafte i plina u Rusiji u potrebnim količinama, u bliskoj budućnosti će se ona u sve većoj mjeri obezbjeđivati ​​kroz razvoj polja sa složenim rudarstvom i geološki uslovi. Istovremeno, troškovi proizvodnje ugljovodonika će rasti.

Većina neobnovljivih resursa izvučenih iz podzemlja koristi se kao gorivo za elektrane. Prije svega, to je udio koji u strukturi goriva iznosi 64%.

U Rusiji se 70% električne energije proizvodi u termoelektranama. Energetska preduzeća u zemlji godišnje sagore oko 500 miliona tona c.e. tona za potrebe proizvodnje električne i toplotne energije, dok se za proizvodnju toplotne energije troši 3-4 puta više ugljikovodičnih goriva nego za proizvodnju električne energije.

Količina topline dobivena sagorijevanjem ovih količina ugljikovodičnih sirovina jednaka je korištenju stotina tona nuklearnog goriva - razlika je ogromna. Međutim, nuklearna energija zahtijeva osiguranje okolišne sigurnosti (kako bi se spriječilo ponavljanje Černobila) i zaštitu od mogućih terorističkih napada, kao i sigurno i skupo rasklapanje zastarjelih i istrošenih nuklearnih jedinica. Dokazane nadoknadive rezerve uranijuma u svijetu iznose oko 3 miliona 400 hiljada tona, a za cijeli prethodni period (do 2007. godine) iskopano je oko 2 miliona tona.

OIE kao budućnost globalne energije

Povećano interesovanje u svijetu za alternativne obnovljive izvore energije (OIE) posljednjih desetljeća uzrokovano je ne samo iscrpljivanjem rezervi ugljikovodičnih goriva, već i potrebom rješavanja ekoloških problema. Objektivni faktori (zalihe fosilnog goriva i uranijuma, kao i promjene okoliša povezane s korištenjem tradicionalne vatre i nuklearne energije) i trendovi razvoja energetike sugeriraju da je prelazak na nove metode i oblike proizvodnje energije neizbježan. Već u prvoj polovini XXI veka. doći će do potpunog ili gotovo potpunog prelaska na netradicionalne izvore energije.

Što prije bude napravljen iskorak u tom pravcu, to će biti manje bolno za cijelo društvo, a korisnije za državu, gdje će se u tom pravcu činiti odlučni koraci.

Svjetska ekonomija je već postavila kurs za prelazak na racionalnu kombinaciju tradicionalnih i novih izvora energije. Potrošnja energije u svijetu je do 2000. godine iznosila više od 18 milijardi tona ekvivalenta goriva. tona, a potrošnja energije do 2025. može porasti na 30–38 milijardi tona ekvivalenta goriva. tona, prema prognoznim podacima, do 2050. godine moguća je potrošnja na nivou od 60 milijardi tona ekvivalenta goriva. t. Karakterističan trend razvoja svjetske privrede u posmatranom periodu je sistematsko smanjenje potrošnje fosilnih goriva i odgovarajuće povećanje korištenja netradicionalnih energetskih resursa. Toplotna energija Zemlje zauzima jedno od prvih mjesta među njima.

Trenutno je Ministarstvo energetike Ruske Federacije usvojilo program za razvoj netradicionalne energije, uključujući 30 velikih projekata za korišćenje jedinica toplotne pumpe (HPU), čiji se princip zasniva na potrošnji nisko- potencijalna toplotna energija Zemlje.

Niskopotencijalna energija Zemljinih toplotnih i toplotnih pumpi

Izvori niskopotencijalne energije Zemljine toplote su sunčevo zračenje i toplotno zračenje zagrejanih creva naše planete. Trenutno je korištenje takve energije jedno od oblasti energetike koja se najdinamičnije razvija na bazi obnovljivih izvora energije.

Toplota Zemlje može se koristiti u različitim vrstama zgrada i objekata za grijanje, snabdijevanje toplom vodom, klimatizaciju (hlađenje), kao i za grijanje staza u zimskoj sezoni, sprječavanje zaleđivanja, grijna polja na otvorenim stadionima itd. U tehničkoj literaturi na engleskom jeziku sistemi koji koriste Zemljinu toplotu u sistemima za grejanje i klimatizaciju nazivaju se GHP - "geotermalne toplotne pumpe" (geotermalne toplotne pumpe). Klimatske karakteristike zemalja srednje i sjeverne Evrope, koje su, zajedno sa Sjedinjenim Državama i Kanadom, glavna područja za korištenje niskogradne topline Zemlje, to određuju uglavnom za potrebe grijanja; hlađenje zraka, čak i ljeti, je relativno rijetko potrebno. Stoga, za razliku od SAD, toplotne pumpe u evropskim zemljama rade uglavnom u režimu grejanja. U SAD se češće koriste u sistemima zračnog grijanja u kombinaciji sa ventilacijom, što omogućava i grijanje i hlađenje vanjskog zraka. U evropskim zemljama toplotne pumpe se obično koriste u sistemima za grejanje vode. Budući da se njihova efikasnost povećava kako se smanjuje temperaturna razlika između isparivača i kondenzatora, sistemi podnog grijanja se često koriste za grijanje zgrada, u kojima cirkulira rashladno sredstvo relativno niske temperature (35-40 ° C).

Vrste sistema za korišćenje niskopotencijalne energije Zemljine toplote

U opštem slučaju, mogu se razlikovati dva tipa sistema za korišćenje niskopotencijalne energije Zemljine toplote:

- otvoreni sistemi: kao izvor toplotne energije niskog kvaliteta koristi se podzemna voda koja se direktno dovodi do toplotnih pumpi;

- zatvoreni sistemi: izmjenjivači topline se nalaze u masivu tla; kada kroz njih cirkuliše rashladno sredstvo sa temperaturom nižom od tla, toplotna energija se „skida“ sa tla i prenosi na isparivač toplotne pumpe (ili kada se koristi rashladno sredstvo sa višom temperaturom u odnosu na tlo, ono se hladi ).

Nedostaci otvorenih sistema su što bunari zahtijevaju održavanje. Osim toga, upotreba ovakvih sistema nije moguća u svim oblastima. Glavni zahtjevi za tlo i podzemne vode su sljedeći:

- dovoljna vodopropusnost tla, koja omogućava popunjavanje rezervi vode;

– dobra hemija podzemnih voda (npr. nizak sadržaj gvožđa) kako bi se izbjegao kamenac u cijevima i problemi s korozijom.

Zatvoreni sistemi za korišćenje niskopotencijalne energije Zemljine toplote

Zatvoreni sistemi su horizontalni i vertikalni (slika 1).

Rice. 1. Šema instalacije geotermalne toplotne pumpe sa: a - horizontalnim

i b - vertikalni izmjenjivači topline tla.

Horizontalni izmjenjivač topline tla

U zemljama zapadne i srednje Evrope horizontalni razmenjivači toplote su obično odvojene cevi položene relativno čvrsto i međusobno povezane u nizu ili paralelno (slika 2).

Rice. 2. Horizontalni izmjenjivači topline tla sa: a - sekvencijalnim i

b - paralelna veza.

Da bi se uštedjelo područje mjesta gdje se toplina uklanja, razvijeni su poboljšani tipovi izmjenjivača topline, na primjer, izmjenjivači topline u obliku spirale (slika 3), smješteni vodoravno ili okomito. Ovaj oblik izmjenjivača topline je uobičajen u SAD-u.

NJIH. Kapitonov

Zemljina nuklearna toplota

Toplina zemlje

Zemlja je prilično jako zagrijano tijelo i izvor je topline. Zagreva se prvenstveno zbog sunčevog zračenja koje apsorbuje. Ali Zemlja takođe ima sopstveni termalni resurs koji se može uporediti sa toplotom koju dobija od Sunca. Vjeruje se da ova vlastita energija Zemlje ima sljedeće porijeklo. Zemlja je nastala prije oko 4,5 milijardi godina nakon formiranja Sunca iz protoplanetarnog diska plina i prašine koji se rotira oko njega i kondenzira. U ranoj fazi svog formiranja, Zemljina supstanca se zagrijala zbog relativno sporog gravitacionog kompresije. Važnu ulogu u toplotnoj ravnoteži Zemlje imala je i energija oslobođena prilikom pada malih kosmičkih tijela na nju. Stoga je mlada Zemlja bila rastopljena. Hladeći se, postepeno je došao u sadašnje stanje sa čvrstom površinom, čiji je značajan dio prekriven oceanskim i morskim vodama. Ovaj tvrdi vanjski sloj se zove zemljine kore a u prosjeku, na kopnu, njegova debljina je oko 40 km, a pod okeanskim vodama - 5-10 km. Dublji sloj zemlje, tzv mantle takođe se sastoji od čvrstog materijala. Proteže se do dubine od skoro 3000 km i sadrži najveći dio Zemljine materije. Konačno, najdublji dio Zemlje je njen jezgro. Sastoji se od dva sloja - spoljašnjeg i unutrašnjeg. vanjsko jezgro ovo je sloj rastopljenog gvožđa i nikla na temperaturi od 4500-6500 K debljine 2000-2500 km. unutrašnje jezgro sa radijusom od 1000-1500 km je čvrsta legura željeza i nikla zagrijana na temperaturu od 4000-5000 K gustoće od oko 14 g / cm 3, koja je nastala pri ogromnom (gotovo 4 miliona bara) pritisku.
Osim unutrašnje topline Zemlje, naslijeđene iz najranije vruće faze njenog formiranja, a čija bi se količina s vremenom trebala smanjivati, postoji još jedna - dugotrajna, povezana s radioaktivnim raspadom jezgara sa dugom polovinom. -život - prije svega, 232 Th, 235 U , 238 U i 40 K. Energija koja se oslobađa u tim raspadima - oni čine skoro 99% Zemljine radioaktivne energije - stalno obnavlja termalne rezerve Zemlje. Gore navedena jezgra se nalaze u kori i plaštu. Njihovo raspadanje dovodi do zagrijavanja vanjskih i unutrašnjih slojeva Zemlje.
Dio ogromne topline sadržane u Zemlji stalno izlazi na njenu površinu, često u vulkanskim procesima vrlo velikih razmjera. Poznat je tok toplote koji teče iz dubina Zemlje kroz njenu površinu. To je (47±2)·10 12 vati, što je ekvivalentno toplini koju može proizvesti 50 hiljada nuklearnih elektrana (prosječna snaga jedne nuklearne elektrane je oko 10 9 vati). Postavlja se pitanje da li radioaktivna energija igra značajnu ulogu u ukupnom termalnom budžetu Zemlje, i ako ima, kakvu ulogu? Odgovor na ova pitanja dugo je ostao nepoznat. Sada postoje prilike da se odgovori na ova pitanja. Ključnu ulogu ovdje imaju neutrini (antineutrini), koji se rađaju u procesima radioaktivnog raspada jezgri koja čine Zemljinu materiju i koja se nazivaju geo-neutrino.

Geo-neutrino

Geo-neutrino je kombinovani naziv za neutrine ili antineutrine, koji se emituju kao rezultat beta raspada jezgara koje se nalaze ispod površine Zemlje. Očigledno, zbog neviđene sposobnosti prodiranja, registracija ovih (i samo njih) detektorima neutrina na zemlji može pružiti objektivne informacije o procesima radioaktivnog raspada koji se dešavaju duboko u Zemlji. Primjer takvog raspada je β - raspad jezgra 228 Ra, koji je proizvod α raspada dugovječnog 232 Th jezgra (vidi tabelu):

Vrijeme poluraspada (T 1/2) jezgra 228 Ra je 5,75 godina, a oslobođena energija je oko 46 keV. Energetski spektar antineutrina je kontinuiran sa gornjom granicom blizu oslobođene energije.
Raspadi 232 Th, 235 U, 238 U jezgra su lanci uzastopnih raspada koji formiraju tzv. radioaktivne serije. U takvim lancima, α-raspadi su isprepleteni β − -raspadima, budući da se kod α-raspada konačna jezgra pomeraju sa linije β-stabilnosti u područje jezgara preopterećenih neutronima. Nakon niza uzastopnih raspada na kraju svakog reda, formiraju se stabilna jezgra s brojem protona i neutrona koji je blizu ili jednak magičnim brojevima (Z = 82,N= 126). Takva konačna jezgra su stabilni izotopi olova ili bizmuta. Tako se raspad T 1/2 završava formiranjem dvostruko magičnog jezgra 208 Pb, a na putu 232 Th → 208 Pb dolazi do šest α-raspada, naizmenično sa četiri β - raspada (u lancu 238 U → 206 Pb, osam α- i šest β - - raspada; u lancu 235 U → 207 Pb postoji sedam α- i četiri β − raspada). Dakle, energetski spektar antineutrina iz svake radioaktivne serije je superpozicija parcijalnih spektra pojedinačnih β − raspada koji čine ovu seriju. Spektri antineutrina proizvedenih u raspadima 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K prikazani su na Sl. 1. Raspad od 40 K je pojedinačni β − raspad (vidi tabelu). Antineutrini dostižu najveću energiju (do 3,26 MeV) u raspadu
214 Bi → 214 Po, što je karika u radioaktivnoj seriji 238 U. Ukupna energija oslobođena tokom prolaska svih veza raspada u seriji 232 Th → 208 Pb je 42,65 MeV. Za radioaktivne serije 235 U i 238 U, ove energije su 46,39 i 51,69 MeV, respektivno. Energija koja se oslobađa u raspadu
40 K → 40 Ca je 1,31 MeV.

Karakteristike 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K jezgri

Nukleus	Udio u % u mješavini izotopi	Broj jezgara odnosi. Si nuclei	T 1/2 milijardi godina	Prvi linkovi propadanje
232Th	100	0.0335	14.0
235 U	0.7204	6,48 10 -5	0.704
238 U	99.2742	0.00893	4.47
40K	0.0117	0.440	1.25

Procjena fluksa geoneutrina, napravljena na osnovu raspada jezgara 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K sadržanih u sastavu Zemljine materije, dovodi do vrijednosti reda veličine 10 6 cm. -2 sek -1 . Registracijom ovih geo-neutrina može se dobiti informacija o ulozi radioaktivne topline u ukupnoj toplinskoj ravnoteži Zemlje i testirati naše ideje o sadržaju dugovječnih radioizotopa u zemaljskoj materiji.

Rice. 1. Energetski spektri antineutrina iz nuklearnog raspada

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K normalizirano na jedan raspad matičnog jezgra

Reakcija se koristi za registraciju elektronskih antineutrina

P → e + + n, (1)

u kojoj je ova čestica zapravo otkrivena. Prag za ovu reakciju je 1,8 MeV. Stoga se u gornjoj reakciji mogu registrovati samo geo-neutrini formirani u lancima raspada počevši od 232 Th i 238 U jezgara. Efektivni presjek reakcije o kojoj se raspravlja je izuzetno mali: σ ≈ 10 -43 cm 2. Otuda sledi da detektor neutrina sa osetljivom zapreminom od 1 m 3 neće registrovati više od nekoliko događaja godišnje. Očigledno je da su za pouzdano fiksiranje geoneutrinskih tokova potrebni detektori neutrina velikog volumena, smješteni u podzemnim laboratorijama za maksimalnu zaštitu od pozadine. Ideja o korištenju detektora dizajniranih za proučavanje solarnih i reaktorskih neutrina za registraciju geo-neutrina nastala je 1998. godine. Trenutno postoje dva detektora neutrina velikog volumena koji koriste tekući scintilator i pogodni su za rješavanje problema. Ovo su detektori neutrina iz eksperimenata KamLAND (Japan, ) i Borexino (Italija, ). U nastavku se razmatra uređaj Borexino detektora i rezultati dobijeni na ovom detektoru o registraciji geo-neutrina.

Borexino detektor i registracija geo-neutrina

Detektor neutrina Borexino nalazi se u centralnoj Italiji u podzemnoj laboratoriji ispod planinskog lanca Gran Sasso, čiji planinski vrhovi dosežu 2,9 km (slika 2).

Rice. Slika 2. Dijagram lokacije laboratorije za neutrino ispod planinskog lanca Gran Sasso (centralna Italija)

Borexino je nesegmentirani masivni detektor čiji je aktivni medij
280 tona organskog tečnog scintilatora. Ispunila je najlonsku sferičnu posudu promjera 8,5 m (sl. 3). Scintilator je bio pseudokumen (C 9 H 12) sa dodatkom PPO koji pomera spektar (1,5 g/l). Svjetlost iz scintilatora prikuplja se pomoću 2212 fotomultiplikatora od osam inča (PMT) postavljenih na sferu od nehrđajućeg čelika (SSS).

Rice. 3. Šema uređaja Borexino detektora

Najlonska posuda sa pseudokumenom je unutrašnji detektor čiji je zadatak da registruje neutrine (antineutrine). Unutrašnji detektor je okružen sa dve koncentrične tampon zone koje ga štite od spoljašnjih gama zraka i neutrona. Unutrašnja zona je ispunjena nescintilirajućim medijumom koji se sastoji od 900 tona pseudokumena sa aditivima dimetil ftalata za gašenje scintilacija. Spoljna zona se nalazi na vrhu SNS-a i predstavlja detektor vode Čerenkov koji sadrži 2000 tona ultra čiste vode i odseca signale miona koji ulaze u objekat spolja. Za svaku interakciju koja se javlja u unutrašnjem detektoru, određuju se energija i vrijeme. Kalibracija detektora korištenjem različitih radioaktivnih izvora omogućila je vrlo precizno određivanje njegove energetske skale i stepena ponovljivosti svjetlosnog signala.
Borexino je detektor vrlo visoke radijacijske čistoće. Svi materijali su rigorozno odabrani, a scintilator je očišćen kako bi se minimizirala unutrašnja pozadina. Zbog svoje visoke čistoće zračenja, Borexino je odličan detektor za detekciju antineutrina.
U reakciji (1) pozitron daje trenutni signal, koji nakon nekog vremena prati hvatanje neutrona jezgrom vodika, što dovodi do pojave γ-kvanta s energijom od 2,22 MeV, koji stvara signal kasni u odnosu na prvi. U Borexinu, vrijeme hvatanja neutrona je oko 260 μs. Trenutačni i odgođeni signali su u korelaciji u prostoru i vremenu, pružajući precizno prepoznavanje događaja uzrokovanog e .
Prag za reakciju (1) je 1,806 MeV i, kao što se može vidjeti sa Sl. 1, svi geo-neutrini iz raspada 40 K i 235 U su ispod ovog praga, a može se detektovati samo dio geo-neutrina koji je nastao u raspadima 232 Th i 238 U.
Detektor Borexino je prvi put detektovao signale sa geo-neutrina 2010. godine, a nedavno je objavio nove rezultate na osnovu posmatranja tokom 2056 dana od decembra 2007. do marta 2015. U nastavku predstavljamo dobijene podatke i rezultate njihove rasprave, na osnovu članka.
Kao rezultat analize eksperimentalnih podataka, identifikovano je 77 kandidata za elektronske antineutrine koji su prošli sve kriterijume selekcije. Pozadinu događaja koji simuliraju e procijenio je . Dakle, odnos signal/pozadina je bio ≈100.
Glavni izvor pozadine bili su reaktorski antineutrini. Za Borexino je situacija bila prilično povoljna, jer u blizini laboratorije Gran Sasso nema nuklearnih reaktora. Osim toga, reaktorski antineutrini su energičniji od geo-neutrina, što je omogućilo odvajanje ovih antineutrina od pozitrona po jačini signala. Rezultati analize doprinosa geo-neutrina i reaktorskih antineutrina ukupnom broju zabilježenih događaja iz e prikazani su na sl. 4. Broj registrovanih geo-neutrina dat ovom analizom (osenčena površina im odgovara na slici 4) jednaka je . U spektru geoneutrina izdvojenih kao rezultat analize, vidljive su dvije grupe - manje energični, intenzivniji i energičniji, manje intenzivni. Autori opisane studije povezuju ove grupe sa raspadima torija, odnosno uranijuma.
U analizi o kojoj se raspravlja koristili smo omjer masa torija i uranijuma u materiji Zemlje
m(Th)/m(U) = 3,9 (u tabeli ova vrijednost je ≈3,8). Ova brojka odražava relativni sadržaj ovih hemijskih elemenata u hondritima - najčešća grupa meteorita (više od 90% meteorita koji su pali na Zemlju pripada ovoj grupi). Smatra se da sastav hondrita, sa izuzetkom lakih gasova (vodonik i helijum), ponavlja sastav Sunčevog sistema i protoplanetarnog diska od kojeg je nastala Zemlja.

Rice. Slika 4. Spektar izlazne svjetlosti iz pozitrona u jedinicama broja fotoelektrona za događaje kandidata za antineutrino (eksperimentalne tačke). Zasjenjeno područje je doprinos geo-neutrina. Puna linija je doprinos reaktorskih antineutrina.

S razvojem i formiranjem društva, čovječanstvo je počelo tražiti sve modernije i istovremeno ekonomičnije načine dobivanja energije. Za to se danas grade razne stanice, ali istovremeno se naširoko koristi energija sadržana u utrobi zemlje. Kakva je ona? Pokušajmo to shvatiti.

geotermalna energija

Već iz imena je jasno da predstavlja toplinu zemljine unutrašnjosti. Ispod zemljine kore nalazi se sloj magme, koja je vatreno-tečna silikatna talina. Prema podacima istraživanja, energetski potencijal ove toplote je mnogo veći od energije svetskih rezervi prirodnog gasa, kao i nafte. Magma izlazi na površinu - lava. Štoviše, najveća aktivnost se uočava u onim slojevima zemlje na kojima se nalaze granice tektonskih ploča, kao i tamo gdje se zemljina kora odlikuje tankošću. Geotermalna energija Zemlje dobiva se na sljedeći način: lava i vodeni resursi planete su u kontaktu, zbog čega se voda počinje naglo zagrijavati. To dovodi do erupcije gejzira, formiranja takozvanih vrućih jezera i podvodnih struja. Odnosno, upravo one prirodne pojave, čija se svojstva aktivno koriste kao energije.

Vještački geotermalni izvori

Energija sadržana u utrobi zemlje mora se koristiti mudro. Na primjer, postoji ideja za stvaranje podzemnih kotlova. Da biste to učinili, potrebno je izbušiti dvije bušotine dovoljne dubine, koje će biti povezane na dnu. Odnosno, ispostavilo se da je u gotovo svakom kutku zemlje moguće dobiti geotermalnu energiju na industrijski način: hladna voda će se pumpati u rezervoar kroz jedan bunar, a topla voda ili para će se crpiti kroz drugi. Umjetni izvori topline bit će korisni i racionalni ako će rezultirajuća toplina pružiti više energije. Para se može poslati u turbinske generatore koji će proizvoditi električnu energiju.

Naravno, izvučena toplota je samo delić onoga što je dostupno u ukupnim rezervama. Ali treba imati na umu da će se duboka toplina stalno obnavljati zbog procesa kompresije stijena, stratifikacije crijeva. Prema mišljenju stručnjaka, zemljina kora akumulira toplinu, čija je ukupna količina 5.000 puta veća od kalorijske vrijednosti svih fosilnih unutrašnjosti Zemlje u cjelini. Ispostavilo se da vrijeme rada tako umjetno stvorenih geotermalnih stanica može biti neograničeno.

Izvorne karakteristike

Izvore koji omogućavaju dobijanje geotermalne energije gotovo je nemoguće u potpunosti iskoristiti. Postoje u više od 60 zemalja svijeta, s najvećim brojem kopnenih vulkana na teritoriji Pacifičkog vulkanskog vatrenog prstena. Ali u praksi se ispostavlja da su geotermalni izvori u različitim regijama svijeta potpuno različiti po svojim svojstvima, naime, prosječnoj temperaturi, salinitetu, sastavu plina, kiselosti i tako dalje.

Gejziri su izvori energije na Zemlji, čija je posebnost da u određenim intervalima izbacuju kipuću vodu. Nakon erupcije, bazen se oslobađa vode, na njegovom dnu se vidi kanal koji ide duboko u zemlju. Gejziri se koriste kao izvori energije u regijama kao što su Kamčatka, Island, Novi Zeland i Sjeverna Amerika, a pojedinačni gejziri se nalaze u nekoliko drugih područja.

Odakle dolazi energija?

Neohlađena magma nalazi se vrlo blizu zemljine površine. Iz njega se oslobađaju plinovi i pare, koji se dižu i prolaze kroz pukotine. Miješajući se s podzemnom vodom, uzrokuju njihovo zagrijavanje, sami se pretvaraju u toplu vodu u kojoj su otopljene mnoge tvari. Takva voda se ispušta na površinu zemlje u obliku raznih geotermalnih izvora: toplih izvora, mineralnih izvora, gejzira itd. Prema naučnicima, vruće utrobe zemlje su pećine ili komore povezane prolazima, pukotinama i kanalima. Oni su samo ispunjeni podzemnom vodom, a vrlo blizu njih su magma komore. Na ovaj prirodan način formira se toplotna energija zemlje.

Zemljino električno polje

U prirodi postoji još jedan alternativni izvor energije, koji je obnovljiv, ekološki prihvatljiv i jednostavan za korištenje. Istina, do sada je ovaj izvor samo proučavan i nije primjenjivan u praksi. Dakle, potencijalna energija Zemlje leži u njenom električnom polju. Na ovaj način je moguće dobiti energiju na osnovu proučavanja osnovnih zakona elektrostatike i karakteristika Zemljinog električnog polja. U stvari, naša planeta sa električne tačke gledišta je sferni kondenzator napunjen do 300.000 volti. Njegova unutrašnja sfera ima negativan naboj, a vanjska - jonosfera - je pozitivna. je izolator. Kroz njega postoji konstantno strujanje jonskih i konvektivnih struja, koje dostižu jačinu od više hiljada ampera. Međutim, razlika potencijala između ploča u ovom slučaju se ne smanjuje.

To sugerira da u prirodi postoji generator čija je uloga stalno nadopunjavati curenje naboja iz ploča kondenzatora. Ulogu takvog generatora igra Zemljino magnetsko polje, koje rotira zajedno sa našom planetom u toku sunčevog vjetra. Energija Zemljinog magnetnog polja može se dobiti samo spajanjem potrošača energije na ovaj generator. Da biste to učinili, morate instalirati pouzdano uzemljenje.

Obnovljivi izvori

Kako populacija naše planete stalno raste, potrebno nam je sve više energije da opskrbimo stanovništvo. Energija sadržana u utrobi zemlje može biti vrlo različita. Na primjer, postoje obnovljivi izvori: energija vjetra, sunca i vode. Oni su ekološki prihvatljivi i stoga ih možete koristiti bez straha da ćete oštetiti okoliš.

energija vode

Ova metoda se koristi vekovima. Danas je izgrađen ogroman broj brana i akumulacija u kojima se voda koristi za proizvodnju električne energije. Suština ovog mehanizma je jednostavna: pod utjecajem toka rijeke, kotači turbina se okreću, odnosno energija vode se pretvara u električnu energiju.

Danas postoji veliki broj hidroelektrana koje pretvaraju energiju protoka vode u električnu energiju. Posebnost ove metode je u tome što je obnovljiva, odnosno takvi dizajni imaju nisku cijenu. Zato, uprkos činjenici da izgradnja hidroelektrana traje dosta dugo, a sam proces je veoma skup, ipak ovi objekti značajno nadmašuju elektrointenzivne industrije.

Solarna energija: moderna i perspektivna

Solarna energija se dobiva korištenjem solarnih panela, ali moderne tehnologije dopuštaju korištenje novih metoda za to. Najveći sistem na svijetu izgrađen je u kalifornijskoj pustinji. U potpunosti obezbjeđuje energiju za 2.000 domova. Dizajn funkcionira na sljedeći način: sunčeve zrake se odbijaju od ogledala, koja se s vodom šalju u centralni kotao. Kipi i pretvara se u paru, koja okreće turbinu. On je, pak, spojen na električni generator. Vjetar se također može koristiti kao energija koju nam daje Zemlja. Vjetar duva jedra, vrti vjetrenjače. A sada uz njegovu pomoć možete kreirati uređaje koji će proizvoditi električnu energiju. Rotirajući lopatice vjetrenjače, pokreće osovinu turbine, koja je zauzvrat povezana s električnim generatorom.

Unutrašnja energija Zemlje

Pojavio se kao rezultat nekoliko procesa, od kojih su glavni akrecija i radioaktivnost. Prema naučnicima, formiranje Zemlje i njene mase odvijalo se tokom nekoliko miliona godina, a to se dogodilo zbog formiranja planetezimala. Zalijepili su se, odnosno, masa Zemlje je postajala sve veća. Nakon što je naša planeta počela da ima modernu masu, ali je još uvek bila bez atmosfere, na nju su nesmetano padala meteorska i asteroidna tela. Ovaj proces se zove samo akrecija, a doveo je do toga da se oslobodila značajna gravitaciona energija. I što su veća tijela pogodila planetu, oslobađala se veća količina energije sadržana u utrobi Zemlje.

Ova gravitacijska diferencijacija dovela je do činjenice da su se tvari počele odvajati: teške tvari su jednostavno potonule, dok su lagane i hlapljive tvari isplivale. Diferencijacija je uticala i na dodatno oslobađanje gravitacione energije.

Atomska energija

Upotreba zemaljske energije može se odvijati na različite načine. Na primjer, uz pomoć izgradnje nuklearnih elektrana, kada se toplinska energija oslobađa zbog raspadanja najsitnijih čestica atomske tvari. Glavno gorivo je uranijum, koji se nalazi u zemljinoj kori. Mnogi smatraju da je ovaj način dobivanja energije najperspektivniji, ali njegovo korištenje je povezano s nizom problema. Prvo, uranijum emituje zračenje koje ubija sve žive organizme. Osim toga, ako ova tvar uđe u tlo ili atmosferu, dogodit će se prava katastrofa koju je napravio čovjek. Žalosne posljedice nesreće u nuklearnoj elektrani Černobil doživljavamo do danas. Opasnost leži u činjenici da radioaktivni otpad može ugroziti sva živa bića jako, jako dugo, milenijumima.

Novo vrijeme - nove ideje

Naravno, ljudi se tu ne zaustavljaju i svake godine se sve više pokušava pronaći novi način za dobijanje energije. Ako se energija zemljine topline dobije sasvim jednostavno, onda neke metode nisu tako jednostavne. Na primjer, kao izvor energije sasvim je moguće koristiti biološki plin, koji se dobija tokom raspadanja otpada. Može se koristiti za grijanje kuća i grijanje vode.

Sve češće se grade kada se na ušćima akumulacija postavljaju brane i turbine, koje pokreću oseke, odnosno oseke, odnosno dobija se električna energija.

Spaljivanjem smeća dobijamo energiju

Druga metoda koja se već koristi u Japanu je stvaranje spalionica. Danas se grade u Engleskoj, Italiji, Danskoj, Njemačkoj, Francuskoj, Holandiji i SAD-u, ali su se tek u Japanu ova preduzeća počela koristiti ne samo za svoju namjenu, već i za proizvodnju električne energije. U lokalnim fabrikama spaljuje se 2/3 ukupnog smeća, dok su fabrike opremljene parnim turbinama. U skladu s tim, opskrbljuju toplinom i električnom energijom obližnja područja. Istovremeno, u smislu troškova, izgradnja ovakvog preduzeća je mnogo isplativija od izgradnje termoelektrane.

Još primamljivija je mogućnost korištenja Zemljine topline tamo gdje su koncentrisani vulkani. U tom slučaju neće biti potrebno preduboko bušiti Zemlju, jer će već na dubini od 300-500 metara temperatura biti najmanje dvostruko viša od tačke ključanja vode.

Postoji i takav način proizvodnje električne energije, jer se vodonik - najjednostavniji i najlakši hemijski element - može smatrati idealnim gorivom, jer je tamo gdje ima vode. Ako sagorite vodonik, možete dobiti vodu koja se razlaže na kiseonik i vodonik. Sam plamen vodonika je bezopasan, odnosno neće biti štete po okolinu. Posebnost ovog elementa je da ima visoku kalorijsku vrijednost.

Šta je u budućnosti?

Naravno, energija Zemljinog magnetskog polja ili ona koja se dobije u nuklearnim elektranama ne može u potpunosti zadovoljiti sve potrebe čovječanstva koje su svake godine sve veće. Međutim, stručnjaci kažu da nema razloga za brigu, budući da su energetski resursi planete i dalje dovoljni. Štaviše, koristi se sve više novih izvora, ekološki prihvatljivih i obnovljivih.

Problem zagađenja životne sredine ostaje i raste katastrofalno brzo. Količina štetnih emisija prelazi skalu, odnosno zrak koji udišemo je štetan, voda ima opasne nečistoće, a tlo se postepeno iscrpljuje. Zato je toliko važno da se na vrijeme počne proučavati takav fenomen kao što je energija u utrobi Zemlje kako bi se pronašli načini za smanjenje potrebe za fosilnim gorivima i aktivnije korištenje netradicionalnih izvora energije.